目的蛋白表達(dá)流程

體外蛋白表達(dá)（InVitroProteinExpression）是指在無(wú)完整活細(xì)胞的環(huán)境下（如試管、微孔板或芯片），利用生物提取物中的核糖體、tRNA、酶及能量系統(tǒng)，直接將遺傳信息轉(zhuǎn)化為功能蛋白質(zhì)的技術(shù)。與傳統(tǒng)細(xì)胞依賴(lài)的系統(tǒng)不同，該技術(shù)完全避開(kāi)了細(xì)胞膜屏障和基因復(fù)制過(guò)程，只通過(guò)添加目標(biāo)DNA/RNA模板及底物（氨基酸、ATP）即可啟動(dòng)蛋白表達(dá)。這一過(guò)程通?？稍?-4小時(shí)內(nèi)完成，其速度優(yōu)勢(shì)大幅加速了蛋白質(zhì)研究進(jìn)程。無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)系統(tǒng)的重點(diǎn)在于重構(gòu)翻譯機(jī)器，例如提取大腸桿菌裂解物中的核糖體，或利用兔網(wǎng)織紅細(xì)胞裂解物中的真核翻譯因子，以實(shí)現(xiàn)跨物種的高效蛋白表達(dá)。合成生物學(xué)利用體外蛋白表達(dá)構(gòu)造??無(wú)細(xì)胞代謝網(wǎng)絡(luò)??。目的蛋白表達(dá)流程

B淋巴細(xì)胞抗原CD19是一種跨膜糖蛋白，為B細(xì)胞惡性zhong Liu生物標(biāo)志物、CAR-T等療法理想靶點(diǎn)，包含單個(gè)跨膜螺旋（292-313）、天然信號(hào)肽（1-20）、胞外N端結(jié)構(gòu)域（ECD）和胞內(nèi)C端結(jié)構(gòu)域（ICD）。其ECD有兩個(gè)通過(guò)二硫鍵連接的免疫球蛋白樣C2型結(jié)構(gòu)域，ICD有多個(gè)無(wú)序區(qū)域。生產(chǎn)CD19，尤其是ECD對(duì)開(kāi)發(fā)新的B細(xì)胞淋巴瘤Zhi liao方法十分重要。然而，ECD素來(lái)有“難表達(dá)”的特點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致表達(dá)滴度低、蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊和聚集，阻礙了對(duì)細(xì)胞表面分子的詳細(xì)分子研究。在本應(yīng)用中，我們利用eProteinDiscovery系統(tǒng)的可溶性標(biāo)簽選擇功能和無(wú)細(xì)胞混合物，在24小時(shí)內(nèi)篩選了192種表達(dá)條件，優(yōu)化了可溶性CD19蛋白的生產(chǎn)（如圖1所示）。我們成功表達(dá)并純化了全長(zhǎng)CD19、ECD和ICD。篩選完成后，在24小時(shí)內(nèi)將適合條件進(jìn)行放大，可生產(chǎn)微克級(jí)的蛋白質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)了Zhi liao研究所需復(fù)雜蛋白質(zhì)的提效生產(chǎn)。本應(yīng)用為表達(dá)其他具有跨膜結(jié)構(gòu)域、二硫鍵和高度無(wú)序區(qū)域的“難表達(dá)”蛋白質(zhì)提供了參考。昆蟲(chóng)蛋白表達(dá)原理無(wú)細(xì)胞體系的開(kāi)放性??允許直接添加非天然氨基酸，擴(kuò)展了??體外表達(dá)蛋白??的化學(xué)多樣性。

提升體外蛋白表達(dá)效能的關(guān)鍵技術(shù)路徑包括：裂解物工程化改造： CRISPR敲除核酸酶/蛋白酶基因增強(qiáng)穩(wěn)定性，或過(guò)表達(dá)分子伴侶（如GroEL/ES）改善折疊；能量再生系統(tǒng)強(qiáng)化： 耦合葡萄糖脫氫酶與ATP合成酶模塊，實(shí)現(xiàn)ATP持續(xù)再生；膜蛋白表達(dá)突破： 添加脂質(zhì)納米盤(pán)（Nanodiscs）提供類(lèi)膜環(huán)境，促進(jìn)跨膜結(jié)構(gòu)域正確折疊；高通量篩選適配： 微流控芯片實(shí)現(xiàn)萬(wàn)級(jí)反應(yīng)并行運(yùn)行，單次篩選規(guī)模超越傳統(tǒng)細(xì)胞方法。這些策略共同推動(dòng)該技術(shù)向 更高效率、更低成本、更廣適用性演進(jìn)。

通過(guò)同步測(cè)試不同CD19蛋白構(gòu)建序列、可溶性標(biāo)簽及蛋白表達(dá)參數(shù)，eProteinDiscovery可在24小時(shí)內(nèi)快速確定合適的蛋白表達(dá)條件，并在48小時(shí)內(nèi)獲得目標(biāo)蛋白。這一能力使研究人員能夠快速開(kāi)展蛋白靶點(diǎn)鑒定及疾病機(jī)制相關(guān)蛋白的驗(yàn)證工作。該系統(tǒng)整合數(shù)字微流控技術(shù)、蛋白質(zhì)質(zhì)量分析及無(wú)細(xì)胞蛋白合成技術(shù)，即使對(duì)于Zui難表達(dá)的蛋白質(zhì)也能實(shí)現(xiàn)快速制備，從而大幅簡(jiǎn)化了Zhi liao性研究與開(kāi)發(fā)的流程。KEY英國(guó)Nuclera公司由劍橋大學(xué)的博士生們于2013年創(chuàng)立。在撰寫(xiě)論文期間，他們發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)難以獲取的問(wèn)題是生物學(xué)領(lǐng)域的重要障礙和瓶頸。他們著手解決蛋白質(zhì)難以獲取的問(wèn)題，以期改善人類(lèi)健康狀況。公司的愿景是打造出從DNA到蛋白質(zhì)的原型設(shè)計(jì)系統(tǒng)，以減少在藥物發(fā)現(xiàn)計(jì)劃中獲得靶蛋白的時(shí)間和障礙。芯片級(jí)體外蛋白表達(dá)平臺(tái)在個(gè)性化醫(yī)療中尤為關(guān)鍵，能夠?yàn)閏ancer患者快速篩選驅(qū)動(dòng)突變的體外蛋白表達(dá)產(chǎn)物。

將體外蛋白表達(dá)推向規(guī)模化生產(chǎn)需解決三大he xin瓶頸：裂解物制備標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題：不同批次細(xì)胞破碎效率差異導(dǎo)致核酸酶/蛋白酶殘留量波動(dòng)（CV>15%），造成翻譯活性離散度超20%。能量再生持續(xù)性不足：即使采用多酶耦聯(lián)再生系統(tǒng)（如pyruvate kinase,PK-肌激酶級(jí)聯(lián)），ATP濃度常在反應(yīng)啟動(dòng)6小時(shí)后衰減至閾值（<1 mM）以下，大幅限制長(zhǎng)時(shí)程蛋白表達(dá)效率。產(chǎn)物濃度天花板效應(yīng)：受限于核糖體組裝速率（約10個(gè)核糖體/分鐘/條mRNA），當(dāng)前比較高產(chǎn)量只達(dá)5-8 g/L，較CHO細(xì)胞灌注培養(yǎng)系統(tǒng)（>10 g/L）仍有明顯差距。為突破這些限制，前沿策略聚焦于 工程化裂解物開(kāi)發(fā)—通過(guò)CRISPR敲除宿主核酸酶基因（如RNase E）并將關(guān)鍵翻譯因子過(guò)表達(dá)100倍以上，使體外蛋白表達(dá)系統(tǒng)的批間穩(wěn)定性提升至CV<5%，ATP維持時(shí)間延長(zhǎng)至24小時(shí)以上，明顯提升了工業(yè)轉(zhuǎn)化潛力。隨著工程化裂解物與自動(dòng)化設(shè)備的進(jìn)步，體外蛋白表達(dá)技術(shù)將成為生命科學(xué)工具箱中的常備利器。293t蛋白蛋白表達(dá)

大腸桿菌體外蛋白表達(dá)的單次反應(yīng)成本（$1.5）只為哺乳細(xì)胞系統(tǒng)的 1/50。目的蛋白表達(dá)流程

相較于原核表達(dá)體系，真核體外蛋白表達(dá)的he xin優(yōu)勢(shì)在于具備部分翻譯后修飾能力，但 關(guān)鍵修飾途徑仍存在明顯局限。在缺乏內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-高爾基體轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制的情況下，糖基化修飾通常終止于高甘露糖型（Man?GlcNAc?）階段，無(wú)法合成復(fù)雜雙觸角唾液酸化糖鏈。這一缺陷直接影響zhi liao性抗體的抗體依賴(lài)性細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性（ADCC）效應(yīng)。同時(shí)，裂解物中二硫鍵異構(gòu)酶（PDI）與分子伴侶（如BiP）的活性不足，導(dǎo)致含多對(duì)二硫鍵的蛋白錯(cuò)誤折疊率升高40%-60%。為克服此瓶頸，需在裂解物中外源性添加重組糖基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體（如GnT-I/GnT-II/FUT8）以重構(gòu)修飾途徑，并通過(guò)優(yōu)化氧化還原電勢(shì)（Eh=-230 mV至-280 mV）改善二硫鍵形成效率。體外蛋白表達(dá)的這些修飾缺陷是目前制約其應(yīng)用于功能性糖蛋白生產(chǎn)的主要因素。目的蛋白表達(dá)流程